Крах туннеля Big Dig: Самый дорогой тоннельный проект в истории США - Строительство и ремонт

В области строительных материалов и строительной инженерии снова и снова проявляются два принципа: первый заключается в том, что новые и инновационные материалы, такие как эпоксидные смолы, часто обладают свойствами, которые плохо изучены, когда они появляются или используются в новых областях применения.

Фактически, они могут вызывать режимы разрушения, которые ранее не рассматривались, поскольку они не определяли характеристики материалов, использовавшихся ранее. Второй принцип заключается в том, что структурные системы, когда они выходят из строя, часто выходят из строя в местах соединений.

Центральная артерия Бостона, также известная как Big Dig, была одной из самых грандиозных транспортных работ, предпринятых в Соединенных Штатах. Это был вопрос планирования и обсуждения, которые продолжались десятилетиями.

Плановые работы по строительству Big Dig начались в 1981 году, но фактические строительные работы начались в 1991 году. Предполагалось, что работы по строительству тоннеля будут завершены к 2001 году. Однако проект был завершен в 2006 году и открыт для посетителей в 2008 году. Из-за перерасхода средств и задержек в строительстве он приобрел дурную славу во всех Соединенных Штатах.

Центральная артерия Бостона

Транспортные инженеры штата регулярно ссылались на Big Dig как на предлог для отказа от строительства из-за ужасающих проблем с заторами на шоссе номер 288, ведущем в город Бирмингем.

Построить новое шоссе межштатного качества в самом центре перегруженного города, через забытую на столетие подземную инфраструктуру, было непростой задачей. Проект усложнялся еще и тем, что Бостон был переполнен транспортом, а также тем, что Бостонская гавань пыталась проложить себе путь в любой туннель в этом районе.

1. Детали проекта

Проект строительства туннеля Big Dig был мегапроектом в Бостоне. Он полностью изменил маршрут центральной артерии межштатного шоссе № 93. Проект проходит через сердце Бостона через строительство тоннеля длиной 2,4 км, известного как тоннель Томаса. Позже название туннеля было изменено на Rose Fitzgerald Kennedy Greenway в честь матриарха семьи Кеннеди, Роуз Фицджеральд Кеннеди.

Строительство туннеля Big Dig

Первоначально руководство автодороги решило построить железнодорожную ветку для Бостона. Однако идея строительства железнодорожной ветки была отклонена из-за высокой численности населения города. Планирование проекта туннеля Big Dig началось еще в 1982 году, а строительство – в 1991 году. Проект был завершен в 2007 году.

Проект строительства тоннеля Big Dig стал самым дорогим проектом в истории США того времени. Проект страдал из-за задержек в строительстве, перерасхода средств, недостатков в проекте, плохого исполнения, использования низкокачественных материалов и аварий на строительстве.

Согласно предыдущей оценке, проект должен был быть завершен к концу 1998 года при сметной стоимости 2,8 миллиарда долларов США. Однако подрядчику потребовалось еще девять лет для завершения проекта, который был завершен в 2007 году и обошелся в 8 миллиардов долларов США.

По оценкам, стоимость проекта в конечном итоге составит около 22,5 млрд. долларов США из-за суммы процентов. Такая огромная сумма будет погашена только к 2040 году. Bechtel и Parsons Brinckerhoff – организации, которые курировали этот проект.

2. Обрушение тоннеля

Инженеры испытали огромное облегчение, когда “Большая раскопка” наконец открылась. Но в первые дни работы тяжелая панель потолка туннеля упала на автомобиль и убила женщину. Поскольку обрушение произошло в туннеле, инцидент попал под юрисдикцию Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB).

Тоннель Томаса

Обрушение потолочной панели туннеля произошло 10 июля 2006 года. Вес бетонной потолочной панели составил 24 000 кг, а ее размеры – 6,1 м х 12,2 м. Провал потолочной панели повлиял на движение транспорта в Бостоне, и туннель Big Dig был закрыт почти на год.

3. Расследование NTSB

Внезапного разрушения потолочной панели туннеля Big Dig можно было бы избежать, если бы проектировщики учли, что эпоксидный материал, который применялся для крепления потолочных панелей, может выйти из потолочных панелей. NTSB предположил и дал окончательную рекомендацию, что обрушение потолочной панели туннеля Big Dig произошло из-за использования эпоксидного анкерного клея с очень слабым сопротивлением ползучести.

На публичном заседании через год после аварии NTSB опубликовала отчет о дорожно-транспортном происшествии. В отчете обвинялись инженер и подрядчик, а ошибки были допущены поставщиком эпоксидной смолы. Проблемы безопасности, выявленные в ходе расследования, следующие:

Недостаточное понимание проектировщиками и строителями природы клеевых анкерных систем

Отсутствие стандартов для испытания клеевых анкеров в условиях длительной нагрузки на растяжение

Неадекватные нормативные требования к инспекции туннелей

Отсутствие национальных стандартов для проектирования отделки тоннелей.

Эксперты Национального совета по безопасности на транспорте проверяют провал туннеля Big Dig

В ходе расследования также выяснилось, что семь лет назад произошел инцидент с использованием той же эпоксидной смолы. В 1999 году в туннеле с высокой проходимостью наблюдалось смещение анкера, но инженеры и подрядчики не продолжили контролировать работу эпоксидной смолы.

К июлю 2006 года многие клеевые анкеры, поддерживающие потолки порталов тоннеля, сместились настолько, что возникла непосредственная угроза их разрушения. Неправильное или недостаточное исполнение анкеров само по себе не может служить причиной их разрушения. Проектные расчеты соответствовали фактическим нагрузкам в процессе эксплуатации.

Выбор клеевой анкерной системы для поддержки потолочных панелей был правильным, однако клеевой материал, использованный для анкерной системы, не обладал достаточной устойчивостью к ползучести.

4. Основные причины разрушения тоннеля

Ниже приведены основные причины провала туннеля Big Dig:

Инженеры не учли, что полимерные клеи подвержены деформации (ползучести) при длительной нагрузке. Результаты испытаний показали, что сопротивление ползучести клея было низким. Таким образом, они не предусмотрели долгосрочную и безопасную работу анкерной системы крепления потолочной опоры. Поэтому в спецификации клея не требовалась стойкость к ползучести.

Клеевой продукт, поставленный и использованный для поддержки анкеров, имел низкую стойкость к ползучести. Информация производителя о продукте была неадекватной и вводящей в заблуждение, в ней не было указано, что испытания показали, что эпоксидная смола подвержена ползучести при длительной нагрузке.

Максимальная грузоподъемность клеевого анкера, относящаяся к кратковременной нагрузке, не означает, что анкер будет способен выдерживать более легкие нагрузки в течение долгого времени, и, таким образом, больший коэффициент безопасности конструкции не может компенсировать клеевой материал, подверженный ползучести.

После обнаружения необъяснимых смещений анкеров в соединительном тоннеле Interstate 90 в 1999 и 2001 годах, компания Modern Continental Construction должна была внедрить программу мониторинга работы анкеров, чтобы убедиться, что действия, предпринятые в ответ на смещение, были эффективными.

Если бы эти организации предприняли такие действия, они могли бы обнаружить ползучесть анкера и принять меры для предотвращения несчастного случая.

Власти должны были регулярно осматривать зону над подвесными потолками. Если бы они это делали, ползучесть анкеров была бы обнаружена.

Перед установкой клеевых анкеров необходимо было провести испытания на предельную нагрузку.

Установка клеевых анкеров в подвесных конструкциях является сложной задачей. При таком виде работ существует вероятность появления пустот в клее, что снижает силу сцепления и надежность.

Обстоятельства этого несчастного случая свидетельствуют об общем недостатке знаний и понимания инженерами-проектировщиками и строителями сложной природы эпоксидных и аналогичных полимерных клеев. В частности, потенциальная возможность деформации (ползучести) этих материалов при длительных нагрузках на растяжение.

Использование эпоксидного анкера при прокладке тоннелей

Для определения возможностей и надежности клеевых анкеров при длительных нагрузках на растяжение необходимы протоколы испытаний и стандарты. NTSB определил, что вероятной причиной было использование эпоксидного анкерного клея с низкой устойчивостью к ползучести, т.е. эпоксидный состав, не способный выдерживать длительные нагрузки.

5. Механизм разрушения при ползучести

Ползучесть – это продолжающаяся деформация под действием длительной нагрузки. Это явление зависит от времени. Когда нагрузка прикладывается к материалу, который ползет, результирующая деформация состоит из двух компонентов. Первый компонент деформации – упругий, он остается постоянным до тех пор, пока нагрузка остается неизменной, и исчезает при снятии нагрузки. Вторая составляющая – ползучесть, она постепенно увеличивается со временем, и когда нагрузка снимается, деформация (постоянный набор) остается.

Конструкционная сталь не ползет, за исключением высоких температур. Бетон, дерево и каменная кладка подвержены ползучести, и величина деформации ползучести в два-три раза превышает мгновенную упругую деформацию. Для прогнозирования долгосрочных деформаций необходимо учитывать ползучесть, но ее поведение хорошо изучено, и инженерные решения хорошо разработаны.

Механизм разрушения при ползучести

С другой стороны, новые материалы, такие как эпоксидные смолы и пластмассы, могут иметь гораздо более высокие деформации ползучести. При использовании растягивающегося анкера анкер может частично выйти из отверстия, снижая прочность соединения. Также возможно полное вытягивание анкера. По мере того, как анкеры ползут, нагрузка может переместиться на другие анкеры. Как показывает этот случай, долгосрочное поведение некоторых эпоксидных материалов при растяжении еще не до конца изучено.

6. Будущее после провала тоннеля Big Dig

NTSB предложила следующие корректирующие действия:

Федеральная администрация автомобильных дорог (FHWA) и Американская ассоциация должностных лиц государственных дорожных и транспортных служб (AASHTO) должны разработать протоколы испытаний и стандарты для определения мощности и надежности клеевых анкеров в условиях длительной растягивающей нагрузки.

Пока стандарты не разработаны, FHWA должно запретить использование клеевых анкеров в этих областях, где их отказ может привести к риску для населения.

Законодательство должно создать и внедрить программу инспекции тоннелей, поддерживаемую совместной разработкой FHWA и AASHTO руководства по проектированию, строительству и инспекции отделки тоннелей.

Транспортные департаменты штатов должны запретить использование клеевых анкеров в тех случаях, когда их разрушение может привести к риску для населения, и должны определить существующие объекты, где такой риск существует. Эти объекты должны быть обследованы и отремонтированы.

Совет по международным нормам и правилам (ICC) должен требовать проведения испытаний на ползучесть для квалификации всех анкерных клеев. Любые клеи, которые не были испытаны на ползучесть или не прошли испытания на ползучесть, должны быть дисквалифицированы для использования при растягивающей нагрузке.

Строительные нормы и правила ICC и отчеты об оценке должны быть пересмотрены в свете этой неудачи.

AASHTO должна использовать обстоятельства аварии 10 июля 2006 года для информирования общественности через публикации, веб-сайты и конференции, по мере необходимости, о рисках, связанных с использованием клеевых анкеров в приложениях с длительной растягивающей нагрузкой, где разрушение клея может привести к риску для общественности.

Американский институт бетона, Американское общество инженеров-строителей и Ассоциация генеральных подрядчиков Америки были призваны предпринять аналогичные образовательные усилия.

Часто задаваемые вопросы

Когда началось строительство Большого раскопа в Бостоне?

Строительство Большого раскопа в Бостоне началось в 1991 году.

Почему обрушился туннель Big Dig?

Потолок туннеля Big Dig обрушился из-за плохого сопротивления ползучести эпоксидного материала, использованного для крепления потолка над дорожным полотном туннеля.

Какова была стоимость строительства Big Dig в Бостоне?

Это самый дорогой проект строительства автомагистрали в истории США. Стоимость завершения проекта составила 22,5 миллиарда долларов США.

Тоннель под Ла-Маншем: Строительство самого длинного в мире подводного тоннеля

Тоннель Леопольда II: Как обслуживать тоннель, не прерывая движения транспорта

Тоннель Атал Рохтанг: Строительство самого длинного в мире автодорожного тоннеля на высоте 10 000 футов

Читайте далее: